C#生成防偽碼的思路及源碼分享

2020-01-24 02:40:25

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供稿：網友

摘要

1. 生成多個防偽碼，防偽碼的長度和個數由用戶指定。

2. 防偽碼由"0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"字符組成，生成的防偽碼不可以重復，必須是唯一的。

3. 防偽碼的生成要具有隨機性。

4. 在以上要求達到的基礎上，盡可優化程序的速度。

設計思路：

整體的設計思路：根據用戶指定的防偽碼的長度和個數，生成相應的防偽碼，每次生成一個防偽碼時便將防偽碼存儲進哈希表，成功存儲后計數器加1,表示存儲成功，循環執行，當計數器等于用戶指定的防偽碼的個數時，循環停止，輸出防偽碼個數和執行的時間。

防偽碼生成思路：將組成防偽碼的字符用一個字符串存儲，隨機生成0-（字符串長度-1）的一個數，然后取出字符串中該數所在位置的字符，重復執行n次，由這n個字符所組成的新字符串即所求的長度為n的防偽碼。

隨機數的生成：隨機數的生成主要是種子的選擇問題，可用默認的、GUID、RNGCryptoServiceProvider等作為隨機數種子。C#里面常用的是Random類，它是以時間作為默認的隨機種子。GUID則是用來產生32位的唯一隨機數，多用于一些唯一性的標記，由于這個實驗的速度上要求盡可能的快速，而且并不要求產生的隨機數要唯一，所以在實驗中并沒有選擇它來產生隨機數。一開始用的是最常用的Random類來產生一個隨機數，它很方便也很高效，它用的隨機種子是系統的當前時間，由于系統的當前時間是不斷的變化的，所以它產生的偽隨機數也具有很高的隨機性。實驗的過程中，也嘗試了用RNGCryptoServiceProvider來產生隨機數，雖然它的隨機性很好，但是它產生的隨機數有正數和負數，而實驗要求產生的隨機數必須大于0,因此要對產生的隨機數進行判斷和轉化，這大大影響了程序的執行效率（用Random執行時為3秒，用RNGCryptoServiceProvider則為20多秒），最后經過比較和分析，還是改用Random來產生隨機數。

數據的存儲和唯一性的判別：可以用哈希表來存儲產生的防偽碼，主要有以下2個原因：

a).哈希表是線性存儲，存儲時間非常快。

b).哈希表可以很快的判定要存儲的元素是否已經存在。

這里的哈希表選擇的是泛型集合里面的Dictionary<K,T>,其中K是字符類型即防偽碼，T是一個整型值，Dictionary不允許K的值相同，當有兩個相同的字符串存儲進哈希表時，會出現異常，通過catch出現的異常可以跳過該值的存儲，這就使得生成的防偽碼都是不相同的，該算法的時間復雜度為常數，即O(1)。由于用的是泛型集合，所以這里不會出現裝箱拆箱操作，所以也大大優化了速度。

5.速度的優化：速度的優化主要可以從以下幾個方面去考慮：

a).隨機數的產生，上面已經分析了，當用Random時，效果是最好的。

b).數據的存儲與查找，用哈希表是存儲數據和查找數據里都是接近線性，當存儲與查找的數據很大時（接近1000000）依舊可以實現線性，即時間復雜度為O(1),沒有其它數據結構的性能比它更好了，所以這里用哈希表已接近最優。

c).字符串的增長和賦值操作，這里重點說一下StringBuilder類型在實驗中的運用。由于實驗中的防偽碼是由隨機生成的一個個字符組合而成的，所以實驗中出現大量將字符串拼接起來的操作，剛開始的時候用的是String類型，對字符串的拼接操作可以用String str+=char等簡單操作，但由于String類型的字符串是引用類型，且不可改變，對它進行拼接時內存要花時間生成新的引用，所以在處理這種大量拼接操作的時候效率并不高。后來將String類型用StringBuilder類型替換，因為StringBuilder類型在處理字符串的拼接時不用生成新的引用，所以效率大大提高了（用String類型需要7秒跑完，用StringBuilder只需要3秒）。

產生隨機數核心代碼：

復制代碼代碼如下:

StringBuilder result = new StringBuilder();
Dictionary<String, int> Hash = new Dictionary<String, int>(); //哈希表
string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
int strTableCharLength = strTableChar.Length;
Random random = new Random();
            for (int j = 0; j < count; j++){               //偽碼的個數
                for (int i = 0; i < length; i++){          //偽碼的長度
                    a = random.Next(strTableCharLength);   //產生隨機數
                    result.Append(strTableChar[a]);        //拼接生成防偽碼
                }
                try {
                      Hash.Add(result.ToString(), j);     //將字符串存儲進哈希表
                      result.Clear();                     //清除字符串
                     }
                catch {
                      j--;                                //若字符串相同，則不計數
                      result.Clear();                     //清除字符串
                      }
            }

程序運行效果圖

1.輸入的參數為 10 10000，輸出的結果如下：

程序生成了長度為10個字符的防偽碼10000個，

用時10.0843毫秒。

2.輸入的參數為 20 1000000，輸出的結果如下：

程序生成了長度為20個字符的防偽碼1000000個，

用時1327.3601毫秒。

3.輸入的參數為 50 1000000，輸出的結果如下：

程序生成了長度為50個字符的防偽碼1000000個，

用時2619.9278毫秒。

程序代碼：

復制代碼代碼如下:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Diagnostics; //計時
using System.Collections; //集合

namespace ConsoleApplication3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch timer1 = new Stopwatch();           //計時器類
            timer1.Start();                               //開始計時
            int a;
            int length = Convert.ToInt32(args[0]);        //偽碼的長度
            int count = Convert.ToInt32(args[1]);         //偽碼的個數
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            Dictionary<String,int> Hash = new Dictionary<String,int >();
            string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
            int strTableCharLength = strTableChar.Length;
            Random random = new Random();

            for (int j = 0; j < count; j++)               //偽碼的個數
            {
                for (int i = 0; i < length; i++)          //偽碼的長度
                {

                    a = random.Next(strTableCharLength);
                    result.Append(strTableChar[a]);
                }

                try {
                      Hash.Add(result.ToString(),j);
                      result.Clear();
                     }
                catch {
                    j--;                                  //若字符串相同，則不計數
                      result.Clear();
                      }

            }
            count = Hash.Count;                           //哈希表元素的個數
            timer1.Stop();                                //停止計時
            double dMilliseconds = timer1.Elapsed.TotalMilliseconds;
            Console.WriteLine("生成個數為：{0}，運行時間為：{1}", count, dMilliseconds);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}